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使用 CSG 设计关卡原型

CSG 是 Constructive Solid Geometry(构造实体几何)的缩写,是一种将基本形状或自定义网格组合起来以创建更复杂形状的工具。在三维建模软件中,CSG 多被称为“布尔运算符”。

关卡原型是 Godot 中 CSG 的主要用途之一。该技术允许用户通过组合图元来创建最常见形状的简单版本。可以使用反转图元创建内部环境。

备注

Godot 中的 CSG 节点主要用于原型设计。没有内置的对 UV 贴图或编辑 3D 多边形的支持(尽管拉伸 2D 多边形可以与 CSGPolygon3D 节点一起使用)。

If you're looking for an easy to use level design tool for a project, you may want to use Qodot instead. It lets you design levels using TrenchBroom and import them in Godot.

../../_images/csg.gif

参见

你可以通过 CSG 演示项目 来学习如何使用 CSG 节点构建各种形状(例如楼梯或道路)。

CSG 节点简介

与 Godot 的其他功能一样,CSG 以节点的形式存在。这些是 CSG 节点:

../../_images/csg_nodes.png ../../_images/csg_mesh.png

CSG 工具功能

每个 CSG 节点都支持 3 种布尔运算:

  • 并集(Union):合并两个图元的几何体,删除交叉的几何体。

  • 交集(Intersection):只保留相交的几何体,其余的被删除。

  • 差集(Subtraction):从第一种形状中减去第二种形状,留下一个凹陷的形状。

../../_images/csg_operation_menu.png ../../_images/csg_operation.png

CSGPolygon

CSGPolygon3D 节点通过下列方式沿着以 2D(X、Y 坐标)绘制的多边形挤出:

  • Depth:(深度)挤出一定量。

  • Spin:(旋转)围绕原点旋转时挤出。

  • 路径(Path): 沿路径节点挤出. 此操作通常称为放样.

../../_images/csg_poly_mode.png ../../_images/csg_poly.png

备注

Path 模式必须需要一个 Path3D 节点来运行。在 Path 节点中绘制路径,CSGPolygon3D 中的多边形将沿给定路径挤出。

自定义网格

任何网格都可以用于 CSGMesh3D,网格可以在其他软件中建模并导入Godot。支持多种材质。对几何体有一些限制:

  • 它必须被关闭,

  • 它不能自我相交,

  • 它不能包含内部面,

  • 每条边都必须连接到另外两个面.

../../_images/csg_custom_mesh.png

CSGCombiner3D

CSGCombiner3D 节点是一个用于组织的空形状,它只会合并子节点。

处理顺序

每个CSG节点将首先按树顺序处理其子节点及其操作:并集、交集或减,并将它们逐一应用于自身。

备注

为了保证性能, 确保CSG几何体保持相对简单, 因为复杂的网格可能需要一段时间来处理. 如果将对象添加在一起(如桌子和房间对象), 请将它们创建为单独的CSG树. 强制在一棵树中添加太多对象最终会影响性能. 仅在实际需要的地方使用二进制操作.

原型设计

我们将对房间进行原型设计以练习使用CSG工具.

小技巧

正交视角下工作,在组合 CSG 形状时可以得到更好的视图。

我们的关卡将包含以下对象:

  • 一个房间,

  • 一张床,

  • 一盏灯,

  • 一张桌子,

  • 一个书架.

创建一个以 Node3D 节点作为根节点的场景。

小技巧

环境的默认光照在某些角度不能提供清晰的阴影。使用 3D 视图菜单中的显示重复绘制改变显示模式,或者添加一个 DirectionalLight 节点来帮助你清楚看到。

../../_images/csg_overdraw.png

创建一个 CSGBox3D 并将其命名为 room,启用 Invert Faces(反转面)并改变你的房间的大小。

../../_images/csg_room.png ../../_images/csg_room_invert.png

接下来,创建一个 CSGCombiner3D 并将其命名为 desk

桌子有一个表面和四条腿:

  • Union 模式下为曲面创建1个 CSGBox3D 子节点,并调整尺寸。

  • Union 模式下为腿部创建4个 CSGBox3D 子节点并调整尺寸。

调整它们的摆放位置, 就像一张办公桌.

../../_images/csg_desk.png

备注

CSGCombiner3D 内的 CSG 节点只会在组合内处理它们的操作。因此,CSGCombiner3D(CSG 组合器)是用来组织 CSG 节点的。

创建一个 CSGCombiner3D,并将其命名为 bed

我们的床由三部分组成:床,床垫和枕头。创建一个 CSGBox3D 并调整床的尺寸。再创建一个CSGBox3D,并调整床垫的尺寸。

../../_images/csg_bed_mat.png

我们将创建另一个名为 pillow 的 CSGCombiner3D 作为 bed 的子节点。场景树应如下所示:

../../_images/csg_bed_tree.png

我们将在 Union 模式下组合 3 个 CSGSphere3D 节点,形成一个枕头。缩放球体的 Y 轴并启用 Smooth Faces(平滑面)。

../../_images/csg_pillow_smooth.png

选择 pillow 节点,并将模式切换到 Subtraction;组合后的球体将在床垫上开一个洞。

../../_images/csg_pillow_hole.png

试着将 pillow 节点重新设置为根 Node3D 节点的父节点;这个洞会消失。

备注

这是为了说明CSG处理顺序的效果。由于根节点不是CSG节点,因此CSGCombiner3D节点是操作的结束;这展示了使用CSGCombiner3D来组织CSG场景。

观察效果后,撤消重新选择父节点。你搭建的床应如下所示:

../../_images/csg_bed.png

创建一个CSGCombiner3D,并将其命名为 lamp

一盏灯由三部分组成:灯座、灯杆和灯罩。创建一个 CSGCylinder3D,启用 Cone 选项并使其成为支架。创建另一个 CSGCylinder3D 并调整尺寸,将其用作灯杆使用。

../../_images/csg_lamp_pole_stand.png

我们将使用 CSGPolygon3D 来制作灯罩。使用CSGPolygon3D 的 Spin 模式,在前视图(小键盘 1)下绘制一个梯形,这个形状将围绕原点挤出,形成灯罩。

../../_images/csg_lamp_spin.png ../../_images/csg_lamp_polygon.png ../../_images/csg_lamp_extrude.png

调整3个部分的位置,使其看起来像一盏灯。

../../_images/csg_lamp.png

创建一个CSGCombiner3D,并将其命名为 bookshelf

我们将为书架使用3个 CSGBox3D 节点。创建一个 CSGBox3D 并调整其大小,这将是书架的尺寸。

../../_images/csg_shelf_big.png

复制 CSGBox3D 并缩短每个轴的尺寸,并将模式改为 Subtraction(减去)。

../../_images/csg_shelf_subtract.png ../../_images/csg_shelf_subtract_menu.png

你几乎已经建立了一个架子。再创建一个 CSGBox3D,把架子分成两层。

../../_images/csg_shelf.png

根据你的喜好将你的家具放在房间里,你的场景应该是这样的:

../../_images/csg_room_result.png

你已经成功地用 Godot 中的 CSG 工具制作了一个房间关卡的原型。CSG工具可以用于设计各种类型的关卡,如迷宫或城市;在设计游戏时探究它的局限性。

使用原型纹理

Godot的 标准 3D 材质与 ORM 3D 材质 支持 triplanar mapping (三平面映射), 可用于自动将纹理应用到任意对象而不失真。使用 CSG 时这很方便,因为 Godot 尚不支持在 CSG 节点上编辑 UV 贴图。三平面映射相对较慢,这通常限制其在地形等有机表面上的使用。尽管如此,在制作原型时,它仍可用于快速将纹理应用到基于 CSG 的关卡。

备注

如果你需要一些原型的图片,Kenney做了一套 CC0授权的原型图片.

有两种方法可以将材质应用到CSG节点:

  • 将其作为材质覆盖应用到 CSGCombiner3D 节点上(在检查器中的 Geometry > Material Override ),这将自动影响它的子节点,但能改变单个子节点的材质。

  • 将材质应用于单个节点( 材质 在(属性)检查器中). 这样, 每个CSG节点都可以有自己的外观. 减去CSG节点将把它们的材质应用到 "digging" 到的节点上.

要将三平面映射应用到 CSG 节点,请选中它,转到“检查器”,单击 Material Override(材质覆盖)旁的 [空] 字样(如果是单独的 CSG 节点则为 Material)。选择新建 SpatialMaterial3D。点击刚创建出来的材质图标来进行编辑。展开 Albedo 部分,为 Texture 属性加载一张纹理。现在再展开 Uv1 部分,勾选 Triplanar。可以用上面的 ScaleOffset 属性来调整纹理在各个方向上的缩放和偏移量。Scale 属性越大,纹理重复得越多。

小技巧

你可以复制一个 SpatialMaterial3D,以便在 CSG 节点中重复使用它。要做到这一点,在(属性)检查器中点击材质属性旁边的下拉箭头,然后选择 复制 。 要粘贴它,请选择要应用该材质的节点,单击其材质属性旁边的下拉箭头,然后选择 粘贴

导出为 glTF

使用 CSG 绘制关卡,然后将其导出为 3D 模型,以导入到 3D 建模软件中,这是非常有用的工作流程。你可以通过选择 场景 > 导出为...> glTF 2.0 场景 来执行此操作。

../../_images/export_as_gltf.webp